栅格太阳辐射的工作原理

需要 Spatial Analyst 许可。

栅格太阳辐射工具可计算地球或月球数字表面模型的每个栅格像元的入射太阳辐射(日照)。

工具可计算地球或月球栅格表面每个像元接收到的太阳辐射量。 主要输出栅格中每个像元的值表示一定时间内每单位面积接收的太阳辐射能量总量,测量单位为千瓦时每平方米 (kWh/m2)。 该工具的输出包括总辐射、直射和散射栅格,以及直射太阳辐射的持续时间(以小时为单位)。 研究结果可用于制作整个地理区域的太阳辐射图。

输入表面地形决定了输出辐射值的可变性。 高程、方向(坡度和坡向)以及地形要素投射的阴影都会影响不同位置接收到的辐射量。 为了融入建筑物或其他物体(例如树木、电力线或风力涡轮机)的影响,它们必须是输入表面的一部分。 例如,由激光雷达创建的表面可能包括建筑物和植被。 工具考虑了大气影响、高程、陡度和方向、太阳角度的每日和季节性变化以及周围地形投射的阴影的影响。

太阳辐射应用程序

利用太阳辐射栅格结果,您可以将其与其他 GIS 数据和应用程序集成,以处理受太阳影响的任何其他过程。 以下是这些输出的应用示例:

  • 计算建筑物屋顶太阳能电池阵列的能量潜力。
  • 作为适宜性分析的一部分,确定太阳能发电场的最佳选址。
  • 帮助预测积雪覆盖的山区的融雪和地表径流。
  • 了解水资源对农业和最佳农农作物产量的影响。

计算太阳辐射

可以计算任何时间(过去、现在或将来)接收到的太阳辐射量,最大间隔为一个日历年。 时间配置由 UTC(协调世界时间)格式的开始日期和时间以及结束日期和时间参数指定。 仅对于地球,可以将时间指定为标准时间,包括输入分析区域的相应时区。 或者,可以根据时间配置调整夏令时时间。 支持计算的最小时间段为地球 0.5 小时、月球 2 小时。 包括时间设置。 例如,要对 2029 年 6 月 21 日这一天进行分析,请将开始时间设置为 06/21/2024 12:00:00 AM,将结束时间设置为 06/21/2029 11:59:59 PM

要将分析限制到特定的感兴趣区域,请使用输入分析掩膜参数。 例如,要计算从建筑物屋顶接收到的辐射,可应用建筑物覆盖区的掩膜。 通过仅为掩膜区域定义的像元生成结果,这还将减少运行时间。 在运行工具时分析掩膜不影响分析范围。 这意味着掩膜区域之外的相邻建筑物和周围地形的遮挡仍会影响针对定义区域计算的太阳辐射值。

建筑物屋顶的栅格太阳辐射分析
在 DSM 上计算的栅格太阳辐射输出仅计算由建筑物覆盖区的输入分析掩膜定义的建筑物屋顶的太阳辐射值。

地形参数

太阳辐射分析在内部计算中使用表面坡度和坡向。 默认情况下,栅格太阳辐射工具根据输入表面栅格计算此信息,但也可以将其作为工具的输入提供。 提供具有输入坡度栅格输入坡向栅格参数的预计算栅格可减少总体计算时间,这在重复运行分析或以高分辨率分析较大区域时尤其有用。 当未指定坡度或坡向输入栅格时,将应用邻域距离使用自适应邻域参数。 这些可选参数可用于控制如何捕获输入表面栅格中的景观局部可变性。 有关邻域距离自适应邻域及其使用的详细信息,请参阅表面参数的工作原理主题。

计算时间间隔内的太阳辐射

默认情况下,工具将计算整个时间范围内的单个总日照值。 选中计算时间间隔的日照参数,以根据时间间隔单位时间间隔参数值计算指定间隔的多个辐射值。 将计算每个间隔的总辐射 - 将排除无间隔或返回部分值。 如果在时间间隔内没有太阳辐射,则返回零值。

间隔是从指定的开始时间到结束时间计算的。 如果在开始和结束时间之间指定的总时间不能被时间间隔等分,则将在内部延长总持续时间,以提供所需数量的时间片。 例如,如果指定的时间配置总共为 14 天,间隔为 3 天,则间隔数将增加,以提供第 13 至第 15 天的结果。 第一条记录始终是开始时间加上间隔(time0 + timeinterval))。 间隔基于指定的开始时间。 例如,如果开始时间为 1/19/2023 05:00 PM UTC,间隔为 1 天,则间隔将以 24 小时计算,从下午 5:00 到第二天下午 5:00,并持续到指定的结束时间。

探索时间间隔太阳结果

时间间隔分析的结果默认以 Esri 云栅格格式 (CRF) 创建多维栅格。 多维栅格包含太阳辐射变量(global_solar_radiation)和定义间隔或时间切片的时间维度。 使用多维栅格图层来探索某一时间切片的太阳辐射量。 多维上下文选项卡允许您选择和显示时间切片并访问用于处理多维栅格数据的工具和功能。 使用时态图图表可视化和分析多维栅格数据

下面的屏幕截图显示了建筑物屋顶接收的太阳辐射的示例,以及三个位置随时间变化的太阳辐射量图表。

多维栅格数据的可视化和分析
时间间隔的太阳辐射会创建多维栅格数据,让您可以探索某个时间切片内的太阳辐射量。

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